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无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由大量廉价、体积微小的传感器节点以自组织的方式组成的无线网络。本文以拓扑控制技术为出发点,针对层次拓扑控制技术中的频繁成簇以及簇间单跳通信造成的能耗过大问题,提出了双轮成簇机制、选择性簇头交换机制、双层分级机制以及跨级选择机制,降低了网络能耗,延长了网络寿命。本文主要包括以下几方面的工作：1.本文针对频繁成簇引起的能耗过大问题,详细分析了分簇算法中出现该问题的原因,提出了一种基于选择性簇头交换的层次拓扑控制算法BCH-HEED,引进双轮成簇机制以及选择性簇头交换机制,降低网络能耗,延长网络寿命。由于HEED在一轮数据收集结束后都要进行一次全网范围的成簇过程,过度频繁成簇导致节点短时间内成簇次数过多,过多地广播消息,导致网络能耗过大,并且引起网络不稳定,限制其应用。BCH-HEED算法在稳定阶段引进双轮成簇机制,使得网络每两轮数据传输进行一次全网范围内的成簇,同时引进选择性簇头交换机制,在第一轮数据传输后使得簇内剩余能量最高的节点担任第二轮数据传输的簇头。实验表明,在双轮成簇机制以及选择性簇头交换机制的共同作用下,BCH-HEED降低了网络能耗,延长了网络寿命。2.本文针对簇间单跳通信引起的能耗过大问题,深入分析了簇间单跳通信对网络的影响,提出了基于分层簇间通信的层次拓扑控制算法TL-HEED,引入双层分级机制和跨级选择机制,减少了直接与基站通信的簇头数量,在一定程度上降低了网络能耗,延长了网络寿命。沿用LEACH算法的单跳机制使得偏远节点与基站通信的能耗过大,不利于网络寿命,而且单跳通信限制了网络规模。然而,HEED只对簇头选择机制以及节点入簇选择机制进行研究和改进,关于簇头与基站间的通信,HEED并没有提出改进。此外,包括TEEN在内的层次拓扑控制协议也只把重点放在如何成簇以及簇内数据通信的问题上,忽略了簇间通信的优化。因此,研究簇间通信机制对于减少网络能耗具有一定的价值。本文提出了TL-HEED算法,引入双层分级机制,使得簇头根据自己的级别选择单跳或者双跳通信,同时,引入跨级选择机制来为二级簇头选择合适的一级簇头作为中间节点。实验表明,TL-HEED在一定程度上降低了网络能耗,延长了网络寿命。